[发明专利]用于矩阵变压器和电流源变压器的空间矢量调制

说明书

一种转换器包括：变压器，包括初级绕组和次级绕组；开关，与所述初级绕组相连；输出电感器，与所述次级绕组相连；以及控制器，与所述开关相连。控制器基于通过使用空间矢量调制利用参考电流计算的停留时间来接通和断开开关，其中参考电流的幅度随时间改变。

技术领域

本发明涉及空间矢量调制(SVM)。更具体地，本发明涉及一种改善型的SVM算法，该算法可以结合矩阵整流器、电流源整流器和电流源逆变器(inverter)一起使用。

背景技术

图1示出了隔离的矩阵整流器，图2示出了电流源整流器，图3示出了电流源逆变器。图1至图3所示的电路中的每一个可以结合在该部分中讨论的已知SVM算法使用，或结合根据本发明的优选实施例的新型SVM方法使用，其中在下文优选实施例的具体实施方式中讨论了本发明的优选实施例。

在图1中，“线侧”是指在变压器T_r的左手侧的电路部分，所述电路部分针对A、B、C相中的每一相与线电压u_a、u_b、u_c相连，且“负载侧”是指在变压器T_r的右手侧的电路部分，所述电路部分与输出电压u_o(即，负载)相连。在线侧，三相AC电流组合为单相AC电流，在负载侧，单相AC电流通过二极管D₁到D₄整流，以提供DC电流。

隔离的矩阵整流器包括：滤波电感器L_f和滤波电容器C_f，二者定义了减小总谐波失真(THD)的线侧滤波器；双向开关S₁到S₆，布置在桥结构中作为3相到1相矩阵转换器；变压器T_r，在线侧电路和负载侧电路之间提供高压隔离；四个二极管D₁到D₄，布置在桥结构中以便提供输出整流；输出电感器L_o和输出电容器C_o，二者定义针对输出电压的滤波器。在这种隔离的矩阵整流器中使用双向开关来打开或关闭任一方向上的电流路径。如图1所示，双向开关包括两个并联的单向开关。

THD被定义为高次谐波频率的RMS幅度与基频的RMS幅度的比值：

其中V₁是基频的幅度，且V_k是高次谐波频率的幅度。由于谐波电流可能被回注入电力系统，因此期望减小THD。

SVM是用于对双向开关S₁到S₆进行脉冲宽度调制(PWM)的算法。也就是说，SVM用于确定应何时接通和断开双向开关S₁到S₆。通过数字信号(例如，1或0)来控制双向开关S₁到S₆。通常，1意味着接通开关，且0意味着断开开关。在PWM中，调制或改变用于控制将开关接通多长时间的接通信号的宽度。

在已知的SVM中，主要假设在于DC电流是恒定的，这种假设要求负载侧电感器L_o理论上应是无穷大的且电力转换器应仅用在连续导通模式(CCM)操作下。当通过负载侧电感器L_o的电流总是大于零时，发生CCM。与CCM相反，当通过负载侧电感器L_o的电流可以等于零时，发生间断导通模式(DCM)。如图10E所示，使用具有DCM的已知SVM的问题是较大的THD。实际上不可能提供无穷大的负载侧电感器L_o。尽管有可能提供具有非常大的电感的负载侧电感器L_o，但是这样做需要提供大型电感器，这使得设计变得困难。假设电力转换器在包括轻负载条件的任何应用下都将仅用于CCM操作中是不实际的，在所述轻负载条件下，电力转换器可以处于DCM操作中。

对于如图1所示的隔离的矩阵整流器，可以将开关函数S_i定义为：